Выбор массы поезда и типа локомотива

Наивыгоднейшая масса поезда и соответствующий ей рациональный тип локомотива устанавливаются по минимуму перевозочных затрат. У функции перевозочных затрат есть разрывы в точках, соответствующих максимально возможной массе поезда для разных типов локомотива. Характер функции показан на рис. 32.3, где кривые соответствуют реальным локомотивам типов 1, 2, 3 и 4, которые могут обеспечить вождение поездов с максимальными массами соответственно .

Для упрощения расчетов реальные локомотивы можно заменить расчетными – условными с постоянной удельной мощностью (на единицу массы поезда). В этом случае функция затрат . Если мощность локомотива на единицу массы поезда примерно постоянна, то для каждого вида тяги на одном и том же профиле средние ходовые скорости движения поездов различной массы также примерно одинаковы. При этом расход топлива или энергии, связанный с передвижением поездов, потребное число вагонов, находящихся в движении, общая потребная мощность локомотивов на перевозочную работу и ряд других показателей остаются неизменными и в расчетах их можно не учитывать. Правомерность такого приема в пределах требуемой точности решения задачи подтверждается экономическими расчетами, которые показывают, что уровень наивыгоднейшей средней скорости движения для данного вида тяги мало зависит от массы поезда. С технической точки зрения этот прием оправдан тем, что при электрической и тепловозной тяге мощность можно легко увеличить сочленением локомотивов. Вследствие этого при увеличении массы практически можно добиться приблизительного постоянства удельной мощности (на 1 т массы поезда или единицу силы тяги).

Рисунок 32.3 – Зависимость перевозочных затрат от массы поезда

Массу поезда, если тип локомотива неизвестен (а его мощность увеличивается пропорционально этой массе), выбирают на основе технико-экономических расчетов, в которых сопоставляются затраты по группам, уменьшающиеся и увеличивающиеся с ростом массы поезда. Уменьшаются затраты на оплату локомотивных бригад как на однопутных, так и на двухпутных линиях, связанные с остановками грузовых поездов для скрещений на однопутных линиях и обгонов на двухпутных, а также с задержками поездов при предоставлении «окон» в графике для ремонтных работ. Кроме того, сокращаются расходы на маневровую работу – расформирование и формирование поездов, на усиление пропускной способности линий другими, более капиталоемкими мерами, так как с увеличением массы поезда сроки осуществления этих мероприятий отдаляются.

Увеличиваются с ростом массы поезда расходы, связанные с накоплением вагонов и задержкой грузов, на переустройство тягового хозяйства, усиление системы электроснабжения и удлинение станционных путей.

В зависимости от конкретных условий эти группы затрат как составляющие критерия решения задачи по-разному влияют на результат – выбор массы поезда и типа локомотива. Однако во всех случаях наиболее существенное влияние оказывают две группы противоборствующих затрат: на накопление составов поездов и оплату локомотивных бригад . Учет этих двух групп затрат дает достаточно полное представление об уровне оптимальной массы грузового поезда в нормальных условиях эксплуатации дорог. Все другие группы затрат следует включать в критерий лишь тогда, когда линия работает в предельно напряженном (или близком к нему) состоянии. Это необходимо прежде всего для уточнения рациональных сроков перехода от одного уровня технического оснащения к другому, а также для выбора мер форсированного усиления пропускной способности при временном увеличении загрузки линий.

Годовые затраты, руб., связанные с накоплением вагонов и за­держкой грузов, определятся

,

где число назначений поездов по плану формирования в одном направлении; параметр накопления; – затраты, пропорциональные 1 т-ч брутто вагонов, руб.

Годовые расходы на оплату локомотивных бригад составят

где годовой грузопоток в одном направлении, т; среднее расстояние пробега поездов без переработки, км; затраты, пропорциональные 1 бригадо-ч работы локомотивных бригад, руб.

Наивыгоднейшая масса поезда по сумме затрат определится из условия , а именно

.

Более точно для конкретных условий оптимальную массу поездов при заданной длине станционных путей устанавливают не только одновременно, выбирая наиболее эффективный тип поездного локомотива, но и находя их рациональную расстановку по участкам с неоднородными профильными условиями. Наиболее часто на практике необходимо увеличить силу тяги локомотивов в поездном движении, для более полного использования длины станционных путей и повышения массы поезда. Решение этого вопроса связано с технико-экономическим сравнением практически возможных вариантов с различной массой поездов, степенью использования длины путей и мощности локомотивов. Чтобы найти граничные условия возможных решений, строят зависимости массы поезда от расчетного уклона при всех возможных комбинациях расстановки на линии локомотивов большей мощности, двойной тяги и подталкивании (рис. 32.4). При этом возможны следующие варианты:

· массу поезда устанавливают по длине путей с локомотивом большей мощности ;

· массу поезда устанавливают по силе тяги менее мощного локомотива ,

· массу поезда выбирают по вариантам в пределах для чего локомотив меньшей мощности дополняется на отдельных участках вспомогательными локомотивами (подталкивание или частично двойная тяга).

Рисунок 32.4 – Зависимость массы поезда от расчетного уклона

Первые два варианта отвечают крайним условиям решения задачи. При полностью используется длина путей, но недоиспользуется мощность локомотива, которая частично реализуется повышением скорости движения поездов. Во втором варианте наиболее полно использу­ется сила тяги локомотива, но недоиспользуется длина путей, в связи с чем увеличиваются размеры движения. Число вариантов третьей группы определяется возможными комбинациями расстановки на линии вспомогательных локомотивов. Наиболее эффективны они на ли­ниях, где крутые уклоны профиля расположены сосредоточенно, и число таких трудных мест невелико. Использование вспомогательных локомотивов на одном или нескольких перегонах позволяет, не снижая массы поезда, более эффективно использовать силу тяги локомотивов по всей линии. В качестве расчетного уклона в этих вариантах по существу выступает уже не наибольший из встречающихся в одиночной тяге, а тот, на котором поезда следуют одиночной тягой с менее мощного локомотива. В каждом из промежуточных вариантов устанавливают число перегонов с подталкиванием (двойной тягой) и общее число занятых на подталкивании локомотивов:

,

где число подталкивающих локомотивов на линии в данном варианте массы поезда, типа локомотивов и их расстановки; потребное число подталкивающих локомотивов на перегоне j; j = 1, 2,..., к – порядковый номер перегона на линии; наибольший уклон на перегоне ‰; наибольший уклон, на котором данный локомотив или комбинация локомотивов обеспечивают следование поезда с установившейся скоростью и полным использованием силы тяги, ‰;

.

В связи с изменением мощности локомотивов, используемой не только для увеличения массы поез­да, но и для повышения скорости движения, варианты сравнивают по перевозочным затратам, включающим все виды расходов, зависящие от массы и скорости. Наивыгоднейшим будет вариант с минимумом годовых затрат, руб.:

где среднегодовое число поездов; расходы, пропорциональные количеству поездо-ч в движении на одну пару поездов, руб.; расходы, пропорциональные механической работе на передвижение одной пары поездов на линии, руб.; число остановок поездов для скрещений на однопутных и обгонов на двухпутных линиях, приходящееся на одну пару поездов; затраты, пропорциональные потере времени при остановке для скрещения или обгона, руб.; затраты, пропорциональные потере энергии при остановке, руб.; годовые затраты на накопление составов, руб.; число подталкивающих локомотивов, необходимое на линии в данном варианте; стоимость содержания подталкивающего локомотива (без учета механической работы, затрачиваемой на его передвижение), руб./сут; капитальные затраты на организацию пунктов подталкивания на линии и другие работы (усиление контактной сети и подстанций, удлинение путей и др.), руб.; нормативный коэффициент эффективности капиталовложений; годовые эксплуатационные затраты на содержание пунктов подталкивания и других дополнительных в данном варианте устройств, руб.

Кроме сравнения по затратам, варианты сопоставляют по натурным показателям (расходу энергии, скорости, подвижному составу и др.), а также по резервам пропускной способности, которые позволяют отдалить капитальные вложения в дальнейшее усиление технического оснащения линии.

Сферы эффективности подталкивания, как показали исследования, практически одинаковы при электрической и тепловозной тяге. Число перегонов с подталкиванием на линии в рациональных вариантах не превышает 20%. Если необходимо открыть больше пунктов подталкивания, целесообразнее перейти к двойной тяге на участках между техническими станциями. Анализ зависимостей затрат от массы поезда в рациональных вариантах расстановки локомотивов на линиях показывает, что, как правило, экономически выгодно массу поездов увеличивать до позволяемой полезной длины станционных путей. Таким образом, проблема рациональной массы поездов при растущем грузопотоке наиболее полно решается в комплексе с оптимальной длиной станционных путей.